一种新型MEMS双稳态微电磁驱动器的研究

介绍了一种新型MEMS双稳态微电磁驱动器,通过理论分析和有限元分析工具Ansys对器件的结构参数进行了优化设计,并证明了设计的可行性。利用金属基表面微加工技术与体硅微加工技术成功制作出这种驱动器,并对其弹性平台的弹性系数进行了标定,对驱动器的双稳态进行了调试。结果表明：此驱动器具有良好的双稳特性,响应时间短（约10ms）的特点。     

微加速度计中新型微杠杆机构设计和分析

设计谐振式微加速度计时,需要考虑一个最关键的问题是提高其灵敏度.放大质量块产生的惯性力是提高灵敏度的最有效方法.基于柔性铰链技术设计一种新型两级微杠杆放大机构,并建立了放大机构的力学和数学模型,在此基础上进行了解析法分析和参数优化设计;同时利用有限元分析方法对其进行了仿真计算.计算结果显示机构的放大倍数约为102倍.这一设计方案极大地提高了微加速度计的灵敏度.     

一种新型玻璃基底可用于微陀螺的反磁悬浮结构的设计与制造

主要介绍了反磁悬浮系统的悬浮和稳定的原理以及用作惯性传感器的原理。研究了对反磁悬浮微器件理论。使用ANSOFT的MAXWELL3D有限元软件包分析了反磁转子悬浮微器件的悬浮问题,对于转子的悬浮、稳定和旋转进行了系统的仿真分析,包括受力分析与位移分析。对反磁悬浮微器件的制作工艺进行了研究。对反磁悬浮器件进行了相关实验。     

微流体惯性开关用磁流变液流动特性分析

针对目前微流体惯性开关流动电极材料单一、阈值较低且无法调节等问题,以磁流变液为流动液体,提出一种高ｇ值,且阈值可调的微流体惯性开关。首先对磁场环境下磁流变液的阈值特性、速度分布和流动特性进行了理论建模和数值模拟,并对 MRF-123AD磁流变液在矩形微通道中的流动特性进行有限元仿真。数值模拟和仿真结果表明:调控外加磁场可调 节基于磁流变液的微流体惯性开关的阈值大小,且磁流变液的流速随着外加磁场的增大而变小,具有微阀功能,阈值可调范围为0~ 2885ｇｎ,可用于高g值、宽阈值的微流体惯性器件。     

微机电系统材料特性检测技术

微机电系统（MEMS）的材料特性是决定微机电系统性能的重要参数。本文介绍了微机电系统材料特性的各种检测技术以及材料特性的研究现状与发展，着重介绍了全光学测试法和波导测试站的分类、原理及特性。     

基于微机电系统旋转调制技术的惯性导航系统设计分析

在MEMS—INS中引入旋转调制技术,通过MEMSRM惯性导航系统进行旋转调制,实现快速导航定位的目标。实验分析得到:南向精度比原先提升了22倍,北向误差率达到了原先的16倍,并且最低也能够提高1倍与6倍,本文使用的旋转调制技术与解算方案具备可行性。当时间增加后,MEMS—INS的位置误差与偏离程度更大,经过100s测试后,MEMS—RMINS比MEMS—INS的最大误差率提高了4倍左右。当导航时间延长后,将形成更大的MEMS—RMINS位置误差。采用旋转调制的方式可以使MEMS—RMINS定位精度获得较大改善,精度提升近3倍,满足某些应用场合的需求。     

一种双轴电容式微机械加速度计

提出一种双轴电容式微机械加速度计的结构形式.采用一个质量块敏感两个正交方向的加速度,设计的弹性支撑结构巧妙地实现了正交方向的解耦,且结构稳定性好,以梳齿电容实现差动的静电驱动、电容检测.利用MATLAB软件对敏感结构参数、性能参数进行了计算、分析,用ANSYS仿真软件对敏感结构进行了静态和模态分析,从理论上验证了所提出的双轴电容式微机械加速度计整体结构的可行性.     

微机电系统的现状与展望

在过去20多年中,微机电系统(MEMS)已经从早期的技术开发、设备探索和实验室研究的阶段发展到当前的实际应用阶段,并逐渐扩展到许多新的研究和探索领域,MEMS已经成为21世纪最具潜力的研究领域之一。对MEMS进行了简要的介绍,包括MEMS应用,MEMS的市场情况,以及3种主要的MEMS微制造技术,即体微制造、面微制造和LIGA技术。最后,提出了MEMS将来研究和发展的趋势。     

温度对Al2O3-H2O纳米流体粘度特性影响研究

采用"两步法"制备了质量分数分别为0.1％,0.5％,1％的Al2O3-H2O纳米流体,研究了温度在25～50℃范围内纳米流体粘度和相对粘度的变化规律,发现粘度随温度的升高而减小,而相对粘度随温度升高的变化与纳米粒子质量分数有关.质量分数w=0.1％和w=0.5％时,纳米流体相对粘度随温度升高几乎不发生变化,w=1％的纳米流体相对粘度随温度升高变化幅度较大;同时发现温度保持在50℃时,w=0.1％和w=0.5％的纳米流体粘度随恒温保持时间的延长变化很小,而w=1％的纳米流体粘度却减少了14.0％,经恒温保持24 h后自然冷却的纳米流体再次加热,发现其粘度较之前整体有所下降.     

一种沟槽结构四臂压电式加速度计的仿真设计

介绍了现有四臂压电式加速度计的工作原理及ANSYS软件在压电式加速度计方面的应用。将传统的四臂压电式加速度的悬臂梁改用沟槽式结构。并使用ANSYS软件进行仿真分析,发现沟槽结构的加速度计的灵敏度可以高达0.633 5mV/gn,远高于平坦基体表面结构式加速度计的灵敏度(0.281 95mV/gn)。     

数字微流控生物芯片测试诊断过程分析和优化

针对数字微流控生物芯片的测试和诊断过程进行建模和分析,并根据并行测试的分块数和单元出错概率为相应的测试和诊断成本建立函数。通过Matlab对测试诊断成本函数的分析表明：随着并行测试分块数的增大,测试诊断成本的变化趋势不明显,也就是说,并行测试的分块数对测试诊断成本的影响不大;而随着单元出错概率p的增加,测试成本呈明显的增加趋势,且增加的幅度较大。另外,诊断过程中,根据单元出错概率对出错的子阵列再进行诊断,诊断过程必须持续若干次,直到所有故障定位后才能结束。在这些诊断中,针对最后一次定位的诊断成本是最大的,而且与其他次的诊断过程的成本相差几十个数量级,决定了总成本的大小。这些结论为数字微流控生物芯片的测试和诊断过程优化提供重要的理论依据,并为测试诊断方法的设计提供指导。     

一种压差式车用气体流量传感系统的设计

介绍了一种车用压差式气体流量传感系统的结构设计和测量电路,指出了传感器的使用范围。通过实验测出了其特性曲线,并对影响测量误差的因素进行了分析,可满足车用发动机曲轴箱窜气量参数的检测,为发动机不解体故障诊断提供了一种新的测试方法。     

一种基于多重涡流新型微混合器的设计与实验

设计了一种基于多重涡流的新型微混合器结构.该结构中多个呈反向分布的规则排列的扩张和收缩结构可产生迪恩流与扩张涡流,基于此,可进行高效率的被动式混合.首先阐述了该结构产生内部迪恩流和扩张涡流的机理,并利用COMSOL软件对该结构进行了液流混合过程的三维数值模拟验证,分析了不同流体流速对多重涡流强弱和混合程度的影响.最后制作了该微混合器,利用2种不同的染料进行了混合实验,通过分析样品的混合效果验证了该混合器的性能.仿真和实验结果均表明:该混合器在低输入流速(0.01 μL/s)和高输入流速(7μL/s)下均可实现高效快速的混合,在0.8cm的距离内即可实现完全混合,在输入流速为5 μL/s时最高混合效率可达98.6％.     

Design and fabrication of a novel microfluidic nanoprobe

The design and fabrication of a novel microfluidic nanoprobe system are presented. The nanoprobe consists of cantilevered ultrasharp volcano-like tips, with microfluidic capabilities consisting of microchannels connected to an on-chip reservoir. The chip possesses additional connection capabilities to a remote reservoir. The fabrication uses standard surface micromachining techniques and materials. Bulk micromachining is employed for chip release. The microchannels are fabricated in silicon nitride by a new methodology, based on edge underetching of a sacrificial layer, bird's beak oxidation for mechanically closing the edges, and deposition of a sealing layer. The design and integration of various elements of the system and their fabrication are discussed. The system is conceived mainly to work as a "nanofountain pen", i.e., a continuously writing upgrade of the dip-pen nanolithography approach. Moreover, the new chip shows a much larger applicability area in fields such as electrochemical nanoprobes, nanoprobe-based etching, build-up tools for nanofabrication, or a probe for materials interactive analysis. Preliminary tests for writing and imaging with the new device were performed. These tests illustrate the capabilities of the new device and demonstrate possible directions for improvement.     

微流体温度控制器的数值模拟与特性分析

为了满足微电子封装过程对器件温度变化的精确控制,提出一种快速升降温的微型流体温度控制器,并采用流体力学软件FLUENT对温度控制器的液体—固体—空气一体化的流动—热传导过程进行数值模拟。在给定进口液体温度变化特征的情况下,通过数值分析考察控制器表面温度对进口液体温度变化的响应特性,包括时间跟随性(传热灵敏度)和温度变化振幅的衰减率(传热效率)。考察了控制器结构尺度、进口液体速度、温度变化波形、周期等参数对温度控制器的特性影响。结果表明:控制器厚度增加,控制器表面温度变化幅值衰减增大;控制器进口流速大,控制器表面温度变化幅值衰减率小;进口液体温度变化周期短,传感器表面温度变化幅值衰减增大;进口温度变化方形波的传热效率大于三角波形;传感器表面温度变化周期与进口温度周期相同,但存在相位差。     

一种无线传感器监测系统的设计和研究

给出了一种无线传感器监测系统的设计与开发,结合MEMS微传感器和无线通信技术,研究了MEMS微加速度计检测信号的测量与无线传输技术,设计了系统电路,并完成了原型装置的制作与调试。通过无线、有线传感器的时频响应特性比较表明,无线传感器监测系统能够满足桥梁健康监测的要求。     

A droplet-based microfluidic system capable of droplet formation and manipulation

Formation of emulsion droplets is crucial for a variety of industrial and scientific applications. This study presents a new droplet-based microfluidic system capable of generating tunable and uniform-sized droplets and subsequently deflecting these droplets at various inclination angles using a combination of flow-focusing and moving-wall structures. A pneumatic air chamber was used to activate the moving-wall structures, located nearby the outlet of the flow-focusing microchannels, such that the sheath flows can be locally accelerated. With this approach, the size of the droplets can be fine-tuned and sorted without adjusting the syringe pumps. Experimental data showed that droplets with diameters ranging from 31.4 to 146.2 μm with a variation of less than 5.39% can be generated. Besides, droplets can be sorted upwards or backwards with an inclination angle ranging from 0° to 53.5°. The development of this emulsion system may be promising for the formation and collection of emulsion products for applications in the pharmaceutical, cosmetics and food industries.     

特种装备内部环境气氛传感系统设计与实现

为长期监测特种装备内部环境气氛的变化规律,研制了一种基于STM32微处理器的嵌入式气氛传感系统.核心敏感元件选用SHT15数字式温湿度传感器、LOX02数字式氧气传感器和自主研制的MEMS氢气传感器.设计了一种独特的低功耗供电方案,有效降低了系统的休眠功耗.测试结果表明:系统能够准确测量环境的温度、湿度、气体压力、氧气浓度和氢气浓度等重要指标,体积小、功耗低,对特种装备可靠性评估具有重要意义.     

跨平台的遥感影像处理系统设计与实现

针对军事遥感影像应用时效性的需求以及在自主可控国产软硬件环境下开发军事应用系统的需要,对国产软硬件环境与主流商用系统差异进行了分析,在此基础上对软、硬件兼容技术进行了研究,基于分层思想设计了高内聚、低耦合的遥感影像处理系统,提出源代码一致的跨平台程序设计方法,基于开源Hadoop平台实现了遥感数据管理与高性能计算,并在此基础上生成基于国产软硬件环境下的遥感影像自动处理系统,实现了遥感影像准实时处理,运用于军事应用系统。该跨平台系统设计与实现方法显著提高跨平台应用软件开发效率,且有利于提高系统的稳定性,可以应用于其他类似跨平台系统设计开发。     

基于虚拟仪器的电渗流检测系统的设计

为实现微流控芯片的高精度分析,设计了一种基于虚拟仪器的微通道电渗流检测系统.介绍了电渗流测定的常用方法及其优缺点,基于电流监测法原理设计了微通道电渗流检测系统的硬件结构,采用LabVIEW软件开发了人-机界面.并在不同电场强度作用下,完成了微通道电渗流的测定.实验表明:该设计的检测系统能很好地满足微通道内部电渗流检测的需求.